Прямые методы (электронная микроскопия)
-
Прямые методы в кристаллографии
- Используются для определения структуры с помощью дифракционных данных и априорной информации
- Решают фазовую проблему, когда информация о фазе теряется при дифракционных измерениях
-
Фазовая проблема
- При дифракции электронов информация о фазе теряется
- Фазовый член структурного фактора содержит информацию о местоположении
-
История
- В 1952 году Дэвид Сэйр представил уравнение Сэйра
- В том же году Кокран и Захариасен вывели взаимосвязи между структурными факторами
- Гауптман и Карл получили Нобелевскую премию за разработку прямых методов
-
Сравнение с прямыми рентгеновскими методами
- Большинство прямых методов разработано для дифракции рентгеновских лучей
- Дифракция электронов имеет преимущества в анализе нано- и микронных частиц
-
Теория
- Унитарное уравнение Сэйра усиливает атомоподобные свойства кристалла
- Соотношение триплетных фаз связывает известные фазы с неизвестной
- Формула касательной соотносит амплитуды и фазы известных лучей с неизвестной фазой
-
Практические соображения
- Информация о фазе важнее, чем амплитуда
- Ошибки в фазе не критичны, если они не влияют на точность определения структуры
-
Достаточные условия
- Кинематическая дифракция возможна при определенных условиях эксперимента
- Статистическая кинематическая дифракция возможна для аморфных и биологических материалов
-
Распределение Кокрана
- Логарифм распределения Кокрана позволяет максимизировать функцию D(k,h)
- Высокие интенсивности и нулевая сумма в косинусоидальном члене увеличивают B(k,h)
-
Отображение интенсивности
- Интенсивность связана с амплитудой коэффициентов рассеяния
- Функция T(k) связывает интенсивность с фазой
- Распределение T(k) связано с F(k)
-
Преобладающее рассеяние
- В рассеянии может преобладать один тип атомов
- Выходная волна и интенсивность связаны с формой атома
- Преобразование Фурье из B(k) создает атомоподобные объекты
-
Реализация прямых методов
- Прямые методы используют алгоритмы для определения структуры
- Алгоритм Герчберга-Сакстона обобщен для дифракции электронов
- Ограничения могут быть физическими или статистическими
-
Примеры использования
- Прямые методы использовались для исследования поверхностей и различных структур
- Автоматизированная трехмерная дифракция электронов применялась для цеолитов и органических соединений
- Метод криоэлектронной микроскопии (MicroED) использовался для белков и ферментов
-
Программное обеспечение
- DIRDIF: программа для определения структуры с использованием функции Паттерсона
- EDM: набор программ для обработки изображений электронной микроскопии и прямых методов
- OASIS: программа для фазирования белковых структур
- SIR: набор программ для решения задач о кристаллических структурах малых молекул